מערכת של שלושה זרמים סינוסואידים המשתנים עם הזמן ויש להם שינוי פאזה נקראת זרם חילופין תלת פאזי. בעזרת מערכת זו נוצרים מנועים חשמליים נוחים וחסכוניים, החשמל מועבר למרחקים ארוכים, צריכת החומרים של שנאים וכבלי חשמל מצטמצמת. הפעלת כל תחנות הכוח הגדולות וצרכני החשמל מבוססת על זרם תלת פאזי.
תוֹכֶן
- התייחסות היסטורית
- מכשיר מחולל
- חיבור פיתולים של מכונה חשמלית
- היתרונות של מערכות תלת פאזיות
התייחסות היסטורית
זרם תלת פאזי הוא מקרה מיוחד של זרם רב פאזי. בפעם הראשונה, זרם דו-פאזי הושג על ידי הממציא המפורסם ניקולה טסלה. תרומה גדולה ליצירת מערכות תלת פאזיות ניתנה על ידי המדען הרוסי M. O. דוליבו-דוברובולסקי. הוא השתמש במערכות הילוכים AC תלת וארבעה חוטי ובנה על בסיסו מנוע אסינכרוני.
המאפיין העיקרי של ההמצאה שלו היה רוטור כלוב סנאי כלוב סנאי, שעדיין משמש במנועים חשמליים אסינכרוניים. הישג נוסף של הממציא היה קו מתח, שנבנה על ידו באמצעות גנרטור ושנאי זרם חילופין תלת פאזיים. אורכו של הקו היה 170 ק"מ, שהיה צעד ענק קדימה לקראת סוף המאה ה-19.
מכשיר מחולל
מערכת תלת פאזית נחשבת מבנה המורכב משלושה מעגלים חשמליים, שבו נוצרים כוחות אלקטרו-מוטיביים (EMF) מאותו תדר, המוזזים זה לזה ב-120 מעלות. מכונה חשמלית סינכרונית בהספק גבוה משמשת כגנרטור. הוא ממיר אנרגיה מכנית של סיבוב לאנרגיה חשמלית. שלוש פיתולים ממוקמים בחריצי הסטטור, שבהם מושרה EMF, שווים באמפליטודה ונבדלים בשלב זה ב-1/3 מהתקופה.
כל פיתול (פאזה) הוא מקור עצמאי של אנרגיה חשמלית. הרוטור, העשוי בצורה של מגנט קבוע, מונע על ידי מנוע חשמלי. השדה המגנטי של רוטור מסתובב גורם ל-EMF בפיתולי הסטטור. אם אתה מחבר חוטים לקצוות של כל סלילה, אתה מקבל שלוש רשתות עצמאיות. יהיו שישה חוטים במערכת ואין רווח על שלושה גנרטורים נפרדים.
ברשתות תלת פאזיות מודרניות, משתמשים בדרך כלל בשלושה או ארבעה חוטים, בהתאם לתרשים החיבור.
חיבור פיתולים של מכונה חשמלית
פיתולים ועומסים של גנרטור מחובר בדפוסי כוכבים או דלתא. בחיבור לכוכב נוצרת נקודת אפס משותפת מקצות הפיתולים המחוברים זה לזה, וחוטים ליניאריים מחוברים לתחילת הפיתולים. נקודות הנייטרליות או האפס של הגנרטור והעומס מחוברות באמצעות חוט ניטרלי. המתח שנוצר בין חוט הקו לאפס נקרא פאזה, ובין שני חוטי קו - קו.
החוט הנייטרלי נועד להשוות את המתח בכל השלבים עם עומס לא מאוזן. עוצמת הזרם הזורם בחוט זה פחותה מאשר בחוטים ליניאריים, מה שמאפשר לבחור מוליך עם חתך קטן יותר. התלות של זרמים ומתחים ליניאריים ופאזיים כאשר הם מחוברים באמצעות כוכב הם מהצורה: Il = Iph, Ul = √3 Uph ≈ 1.73 Uph.
כאשר המעגל מבוצע, קצה המשולש של כל פיתול מחובר לתחילת המעגל הבא. מעגל זה משתמש בשלושה חוטים המובילים מהגנרטור לעומס. היחס בין זרמים ומתחים, ליניארי ופאזה, שווה ל: Ul = Uph, Il = √3 Iph.
פיתולי הגנרטור מחוברים לרוב לכוכבים. עם חיבור דלתא, כל פאזה חייב להיות מדורג פי 1.73 מהמתח של חיבור כוכב. הדבר גורר עלייה בבידוד הפיתולים, עלייה במספר הסיבובים ועלייה בעלות המכונות.
ברשתות הפצה, שבהן יש הרבה צרכנים חד פאזיים, זה הופך להיות בלתי אפשרי להבטיח עומס סימטרי על השלבים. רשתות כאלה מבוצעות ארבעה חוטים עם מנצח נייטרלי.
מוליכים השייכים לפאזות שונות ולמוליכים ניטרליים יש צבעים שונים. הדבר נעשה על מנת להבטיח בטיחות במהלך עבודות החשמל ולנוחות במהלך תיקון והתקנה של רשתות חשמל. ברוסיה, המוליך הנייטרלי נעשה בדרך כלל כחול, השלב הראשון צהוב, השני ירוק והשלישי אדום.
בחירת שיטת חיבור לצרכן תלוי במאפיינים הבאים:
- מתח מדורג של צרכני אנרגיה חשמלית;
- אופי העומס;
- מתח תלת פאזי מסופק.
ביישום המעשי של רשתות תלת פאזיות, חשוב לזכור שכאשר מחוברים לכוכב, העומסים מושפעים על ידי מתח פאזה, וכאשר מחובר עם דלתא - מתח קו, שהוא פי 1.73 יותר מ שלב.
היתרונות של מערכות תלת פאזיות
מערכות אלו משמשות בתעשייה, בתחבורה, לאספקת חשמל למגורים. כגון שימוש נרחב בשל יתרונות גדולים, שמערכת זו נותנת בהשוואה למערכת אספקת חשמל חד פאזית:
- נדרשים פחות חוטים, וכתוצאה מכך חיסכון גדול יותר בעת העברת כוח למרחקים ארוכים.
- לשנאים תלת פאזיים יש מעגל מגנטי קטן יותר בהשוואה לשנאים חד פאזיים באותו הספק.
- במהלך הפעולה נוצר שדה מגנטי מסתובב, הכרחי לפעולת מנועים אסינכרוניים.
- אפשרות לשימוש בשני מתחי הפעלה.
- איזון מערכות תלת פאזיות סימטריות.
התפשטותן של מערכות תלת פאזיות סייעה לפתור בעיות רבות של אספקת חשמל, פיתוח יכולות שידור ושיפור תהליכים טכנולוגיים. השימוש בשנאים תלת פאזיים, גנרטורים ומנועים חשמליים פשט והוזיל מאוד את עלות הפקת האנרגיה והגדיל את זמינותה לצרכנים.
